2.中国水利水电第四工程局有限公司水工机械总厂四川区域经理部
摘要：风力发电能够为火力发电提供有效的能源辅助作用。在风力发电厂中，风电塔筒的建设质量直接关系到风力发电的安全性和可靠性。风电塔筒法兰焊接工艺是影响风电塔筒建设质量的关键因素，因此，对风电塔筒法兰焊接工艺及其存在的问题进行研究很有必要。本文简单分析了风电塔筒法兰焊接工艺，并探讨了风电塔筒法兰焊接工艺的不足及改进措施。
关键词：风电塔筒；法兰；焊接工艺
引言
在社会经济高速发展的背景下，能源紧缺问题与生态环境问题日益突出，开发清洁可再生能源成为了时代发展的现实要求。风力能源是电力领域的清洁、无污染资源，现阶段全国正在大力发展清洁能源，积极推广风力发电，以缓解能源紧张现状。塔筒作为风电机组重要支撑部件，其高度较高，而且直径较大，通常采取分段生产的方式，进行制作、运输、安装，段与段之间的连接，依靠的是锻造法兰。由于焊后需要进行精确装配，对于锻造法兰尺寸的要求较高，因此，加强风电塔筒法兰焊接工艺研究具有十分重要的意义，通过改进风电塔筒与法兰的焊接工艺，不仅可以保证法兰的角变形量，而且工艺执行方便、可靠，提高了施工效率。
1风电塔筒法兰焊接工艺简析
在风电塔筒焊接过程中，要保证筒体与法兰焊接作业能够满足角变形要求，并且加快筒体组装速度，决定采取将单个法兰与筒体对接点焊之后进行焊接组成一体的方式。现以图1中Ⅰ处为例进行说明。
图1风电塔筒外形结构示意图
在本项目中，Ⅰ处管节和法兰厚度为14mm，法兰坡口如图2所示，先在专用法兰平台上进行组装，组装后上单节法兰在焊接滚轮架上进行法兰焊接。采取埋弧自动焊进行焊接，直流反接，焊丝牌号H10Mn2，焊丝直径规格为Φ4，应用HJ350作为焊剂，应用MZ1250自动弧焊机进行焊接。先进行外侧封焊，对外侧点对时间隙比较大的位置进行封焊，再进行内侧焊缝焊接，内侧焊接一道后，外侧应用碳弧气刨清根，在完成清根后，应用角向磨光机与砂轮进行坡口打磨，并将坡口两侧20mm宽范围内打磨，通过坡口打磨消除碳化物与氧化物，避免在焊接作业中出现裂纹或夹渣等缺陷问题，进行外侧焊接后再焊完内侧焊缝。为实现法兰与塔筒焊接后角变形有效控制，需要保证焊接顺序符合施工规范要求，合理控制焊接坡口大小，控制焊接线能量，进行焊接应力控制，从而保证法兰与塔筒焊接后角变形符合要求。在完成法兰与筒体焊接作业后，应对焊接质量进行外观检测，保证外观焊接质量的基础上进行超声检测，保证检测结果角变形量符合规范要求，如检测结果发现角变形量不符合设计要求，应采取火焰加热的方式进行焊接校正，最终实现法兰内倾角变形要求。
图2法兰坡口示意图
2风电塔筒法兰焊接工艺不足
根据以往风电塔筒法兰焊接作业的经验，其焊接工艺存在着一些问题，这些问题的存在，增加了焊接人员工作强度，对焊接成品质量造成影响，其综合效益较低，为此，对存在问题进行分析，并提出风电塔筒法兰焊接工艺改进建议。风电塔筒法兰焊接工艺不足主要体现在：第一，坡口型式的不合理会增加焊接过程的难度，而且还会影响焊接后对法兰角变形的控制；第二，焊接顺序的不合理设置也很容易导致法兰变形问题，尤其会引起法兰外翻，增加焊后校正的难度，浪费时间，降低工作效率；第三，在风电塔筒法兰焊接作业中，应用碳弧气刨进行清根处理，清根后打磨不干净会直接影响焊接质量，增加对焊缝的返修机率，势必对工期有很大影响；第四，以往在法兰与管节组对焊接过程中，采用的是内侧焊缝先用CO2气体保护焊手工打底，这种依靠手工焊打底的方法非常浪费时间，无法提高工作效率。
3风电塔筒法兰焊接工艺改进措施
3.1加强焊接控制
为了防止法兰焊接部位出现缝隙，技术人员可以适当调节焊接角度，使工装能够发挥出计划中的效果。在焊接法兰时，必须控制好各项焊接参数，如线能量、焊接电流、焊接速度、焊丝尺寸等，尤其是在各个筒节和法兰的厚薄程度不同时，更要对各项参数进行视觉控制，使各个焊接环节能够完美配合，这样才能降低焊接施工的困难度，提高风电塔的建设质量，保障施工安全。同时，为了控制焊缝，技术人员在开展法兰焊接施工之前，要对焊缝进行检查，如果焊缝生锈或有污染物附着，技术人员必须清除焊缝的锈迹，并清除污染物。在开展法兰焊接施工的同时，技术人员不能忽视清洁层间的，如果没有处理好清洁层间的工作，法兰焊接工序就会受到干扰，对层间进行清洁处理后，必须通过手弧焊修复层间才能继续法兰焊接施工。
3.2改进焊接工艺
当锻造法兰厚薄程度不同时，要对技术参数进行视觉控制，确保焊接的质量。解决由于板厚的不同，造成锻造法兰外翻或内倾过大，需要采取一个合理的焊接顺序，采用两面分层交替的焊接方法。针对锻造法兰焊接常见的问题，进行方案改造，其原方案为：法兰和筒体均为制作为内坡口；组对合格后，开展点焊，外部使用CO2焊封焊一圈；内部SAW焊接；外部气刨清根；外部SAW焊接，在3层焊接前，进行气刨清根SAW焊接。对此方案进行改造，法兰和筒体内坡口，实现零间隙组对，外部点焊牢固，不进行封焊处理，内部SAW焊接，外部气刨清根、SAW焊接，两法兰每相隔一孔，通过螺栓把合，进行成对焊接，完成后，待到冷却，将螺栓打开，3层焊接前进行气刨清根SAW焊接。
3.3严格控制变形
在法兰焊接的过程中，为加强变形控制，要合理选择工艺方法。目前较为常用的方法如下：第一，反变形法，基于塔筒生产要求，按照图纸设计标准，开展锻造法兰加工时，把锻造法兰给加工成内倾，根据法兰脖颈厚度，来确定内倾量，虽然焊接后锻造法兰向外略有回弹，但最终的内倾值能够达到技术要求，在焊接的过程中，每层焊接均需要一次性完成，避免发生中断情况；第二，采取刚性固定法，当锻造法兰和对应的筒节组对完成后，要将相互匹配的锻造法兰给把合在一起，进行此项操作，此方法虽然较为简单，但能够有效控制变形。
结束语
总而言之，由于风电塔筒作业环境较为复杂，对法兰焊接质量的要求较高，若想达到加工等级，加强法兰焊接变形的把控有着必要性，同时，改进风电塔筒法兰焊接工艺，有效提高焊接效率，保障焊接质量，提升风电项目塔架加工和建设综合效益。
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[3]梁建明，王占英，刘春东，张东辉.风电塔筒法兰焊接工艺[J].焊接技术，2009，38（02）：30-31.
论文作者:陈彦虎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/15
标签：法兰论文; 风电论文; 焊接工艺论文; 作业论文; 质量论文; 内倾论文; 技术人员论文; 《基层建设》2018年第12期论文;